undefined

Approximation of pre-twisted Achilles sub-tendons with continuum-based beam elements

Julkaisuvuosi

2022

Tekijät

Obrezkov, Leonid; Bozorgmehri, Babak; Finni, Taija; Matikainen, Marko K.

Tiivistelmä

Achilles sub-tendons are materially and geometrically challenging structures that can nearly undergo around 15% elongation from their pre-twisted initial states during physical activities. Sub-tendons’ cross-sectional shapes are subject-specific, varying from simple to complicated. Therefore, the Achilles sub-tendons are often described by three-dimensional elements that lead to a remarkable number of degrees of freedom. On the other hand, the continuum-based beam elements in the framework of the absolute nodal coordinate formulation have already been shown to be a reliable and efficient replacement for the three-dimensional continuum elements in some special problems. So far, that element type has been applied only to structures with a simple cross-section geometry. To computationally efficiently describe a pre-twisted Achilles sub-tendon with a complicated cross-section shape, this study will develop a continuum-based beam element based on the absolute nodal coordinate formulation with an arbitrary cross-section description. To demonstrate the applicability of the developed beam element to the Achilles sub-tendons, 16 numerical examples are considered. During these numerical tests, the implemented cross-section descriptions agreed well with the reference solutions and led to faster convergence rates in comparison with the solutions provided by commercial finite element codes. Furthermore, it is demonstrated that in the cases of very complicated cross-sectional forms, the commercial software ANSYS provides inflated values for the elongation deformation in comparison with ABAQUS (about 6.2%) and ANCF (about 9.4%). Additionally, the numerical results reveal a possibility to model the whole sub-tendons via coarse discretization with high accuracy under uniaxial loading. This demonstrates the huge potential for use in biomechanics and also in multibody applications, where the arbitrary cross-section of beam-like structures needs to be taken into account.
Näytä enemmän

Organisaatiot ja tekijät

Jyväskylän yliopisto

Finni Juutinen Taija Orcid -palvelun logo

Julkaisutyyppi

Julkaisumuoto

Artikkeli

Emojulkaisun tyyppi

Lehti

Artikkelin tyyppi

Alkuperäisartikkeli

Yleisö

Tieteellinen

Vertaisarvioitu

Vertaisarvioitu

OKM:n julkaisutyyppiluokitus

A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Julkaisukanavan tiedot

Kustantaja

Elsevier Inc.

Volyymi

112

Sivut

669-689

Julkaisu­foorumi

51496

Julkaisufoorumitaso

1

Avoin saatavuus

Avoin saatavuus kustantajan palvelussa

Kyllä

Julkaisukanavan avoin saatavuus

Osittain avoin julkaisukanava

Rinnakkaistallennettu

Kyllä

Muut tiedot

Tieteenalat

Liikuntatiede

Avainsanat

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Julkaisumaa

Yhdysvallat (USA)

Kustantajan kansainvälisyys

Kansainvälinen

Kieli

englanti

Kansainvälinen yhteisjulkaisu

Kyllä

Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa

Ei

DOI

10.1016/j.apm.2022.08.014

Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen

Kyllä